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奋进南师

生命科学学院杨光和徐士霞团队在哺乳动物生物节律研究取得重要进展

 生物在长期的生态适应进化过程中形成了与自然环境变化相适应的生物节律(biological rhythm),包括昼夜节律(circadian rhythm)和季节节律(circannual rhythm)等。光周期是影响生物节律波动最主要的环境因素。昼夜节律参与感知并传递光周期变化,而季节节律则参与对天气状况、食物供应和捕食者活动等变化的及时预测。生物通过内源性节律接受环境信号,驱动生理和行为(如睡眠、迁移和繁殖等)发生周期性改变以与环境周期保持同步,使其能够最大程度地生存和更好地利用环境资源。然而,生物如何获得与其生存环境相适应的生物节律的分子进化机制尚不清楚。

褪黑素(melatonin)是由动物松果体分泌的重要激素之一,呈现出昼低夜高的节律性,并随着一年中昼夜长短的季节变动而呈现周期性波动,在调节昼夜和季节节律过程中起着关键作用。芳香胺-N-乙酰基转移酶(AANAT)是褪黑素合成的主要限速酶,其表达水平和活性的节律性变化决定了褪黑素合成的速率和节奏,对褪黑素的分泌起到关键的调节作用。然而,迄今为止,有关AANAT基因的进化及其与生物节律适应之间间的关系,知之甚少。本研究通过对256个哺乳动物AANAT基因的进化和系统发育分析,结合体外酶活性检测实验,发现AANAT基因出现了3次独立的复制事件,分别出现在鲸偶蹄类的3个支系(即猪科Suidae,河马科Hippopotamidae和有角下目Pecora)。这些支系起源于始新世中期,该地质时期出现了季节性气候的增加,推测偶蹄类AANAT基因谱系特异性复制及其酶活的提高可能增强了对光周期反应的调节能力以适应季节性气候变化。特别有趣的是,哺乳动物中有4个类群(即鲸类Cetaceans,海牛类Sirenians,贫齿类Xenarthrans和穿山甲类pangolins)松果体缺失且具有特殊的昼夜节律特征,相应地它们的AANAT基因分别出现失活突变或缺失,推测这有利于他们调整日常活动的昼夜节律,以适应特定的生态位和生活史特征。总之,该研究证实了在哺乳动物进化历程中AANAT基因具有比先前认为的更加复杂有趣的进化模式和功能多样性,并且为理解哺乳动物的季节和昼夜节律性适应驱动基因的进化提供了新视角

图1.鲸偶蹄目物种AANAT基因的复制和丢失事件以及酶活性

图中★表示推测的基因复制发生的时间,X表示推测的基因丢失发生的时间

该研究成果以“Gene duplication and loss ofAANATin mammals driven by rhythmic adaptations”于2021年5月3日在线发表于进化生物学权威期刊Molecular Biology and Evolution(影响因子11.062)。台湾佬中文娱乐网|台湾佬中文娱乐11XXOO|天天she综合台湾中文生命科学学院博士研究生尹代清为第一作者,杨光教授和徐士霞教授为论文的共同通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划和江苏省生物学优势学科等项目的资助。

论文链接:

https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msab125/6263835

  • 更新时间

    2021年05月17日 14:53

  • 阅读量

  • 供稿

    生科院

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